JP2008101474A - Woody biomass-fired micro-gas turbine generating device and method of controlling its operation - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To simplify the structure, reduce the size, and reduce the manufacturing cost of a small capacity woody biomass-fired micro-gas generating device and also remarkably enhance the power generating efficiency and the energy use efficiency thereof. <P>SOLUTION: In this woody biomass-fired micro-gas turbine generating device, a woody biomass combustion device A formed by arranging a woody biomass fuel combustor, a hot heat exchanger, and the heat exchange tubes of an exhaust heat recovery boiler device in a cylindrical device body in this order from the lower side and a micro-gas turbine generating device B formed by connecting a micro-gas turbine device, a compressor, and a generator to each other through a drive connection shaft. The compressed air flow from the compressor flows into the hot heat exchanger, and is heated by the combustion gas produced by the combustion of the woody biomass fuel. The hot compressed air flow from the hot heat exchanger is supplied as a working fluid to the micro-gas turbine device. The exhaust air flow from the micro-gas turbine device is supplied as a combustion air to the combustor for the biomass fuel into the device body. Also, the steam from a waste heat recovery boiler device is supplied into the compressed air flow from the compressor. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、木屑や間伐材、建設廃木材等の所謂木質バイオマスの燃焼熱を利用してガスタービンの作動用流体を加熱することにより、発電効率のみならず総合的なエネルギー利用効率の大幅な向上を図り、木質バイオマス資源のより有効な利用を可能とした熱・電併給式の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン装置とその運転制御方法に関するものである。   The present invention uses not only the power generation efficiency but also the overall energy utilization efficiency by heating the working fluid of the gas turbine using so-called woody biomass combustion heat such as wood chips, thinned wood, construction waste wood, etc. The present invention relates to a heat / electricity supply type wood biomass-fired micro gas turbine apparatus and an operation control method thereof capable of improving and making more effective use of wood biomass resources.

近年、所謂化石燃料の消費を削減する見地からバイオマス資源の利用が積極的に図られている。しかし、バイオマス資源は一般に分散して存在するため、大量のバイオマス資源を集中的に利用することは、収集及び運搬等の点から困難な状態にある。
そのため、バイオマス資源の有効利用を図るには、小規模且つ小容量で、しかも高効率な利用システムの開発が急務となっている。
In recent years, biomass resources have been actively used from the viewpoint of reducing so-called fossil fuel consumption. However, since biomass resources generally exist in a dispersed manner, it is difficult to intensively use a large amount of biomass resources in terms of collection and transportation.
Therefore, in order to make effective use of biomass resources, there is an urgent need to develop a small, small-capacity and highly efficient utilization system.

而して、従前の所謂木質バイオマスを燃料とする発電装置では、木屑焚きボイラで蒸気を発生し、その蒸気でタービン発電機を駆動した後、排出蒸気を冷却して復水として回収し、これを再度ボイラに給水すると云う蒸気サイクル(ランキンサイクル)が用いられてきた。
しかし、出力が10〜20MW規模のバイオマス発電では、蒸気の高温高圧化に限界があるうえ、冷却水による熱損失が大きいためにエネルギー利用効率を高める点にも限界があること等により、発電効率は10〜15%の間に溜っている。また、バイオマスの年間処理規模も3万トン〜6万トン程度が限度であり、バイオマス資源の集中が現実に困難なことから、年間処理規模を約6万トン以上とすることは不可能な状態にある。
Thus, in a conventional power generator using so-called woody biomass as fuel, steam is generated by a wood-fired boiler, and after the turbine generator is driven by the steam, the discharged steam is cooled and recovered as condensate. A steam cycle (Rankine cycle) in which water is supplied to the boiler again has been used.
However, in biomass power generation with an output of 10 to 20 MW, there is a limit to increasing the temperature and pressure of steam, and since there is a large heat loss due to cooling water, there is a limit to increasing the energy utilization efficiency. Has accumulated between 10-15%. In addition, the annual processing scale of biomass is limited to about 30,000 to 60,000 tons, and concentration of biomass resources is actually difficult, so it is impossible to increase the annual processing scale to about 60,000 tons or more. It is in.

一方、上述の如き蒸気タービン発電サイクルの欠点を克服し、バイオマス発電の高効率化を達成するものとしてガス化発電システムが提案されている。また、このガス化発電システムに使用するためのガス化炉の開発やガス化効率の向上、効率的なタール除去やガスクリーンアップ・プロセスの開発、メタノール合成による液化触媒の開発など、多くの努力がこれ迄に払われて来た。しかし、ガス化プロセスが複雑なうえ、ガスエンジン発電機が安定的に運用できるようなタール除去の有効な手立てが得られないため、実用的な成果が挙がっていないのが実情である。   On the other hand, a gasification power generation system has been proposed to overcome the drawbacks of the steam turbine power generation cycle as described above and achieve high efficiency of biomass power generation. In addition, many efforts have been made such as the development of a gasification furnace for use in this gasification power generation system, improvement of gasification efficiency, development of an efficient tar removal and gas cleanup process, and development of a liquefaction catalyst by methanol synthesis. Has been paid so far. However, since the gasification process is complicated and an effective means for tar removal that can stably operate the gas engine generator cannot be obtained, practical results have not been achieved.

また、こうした内燃機関を利用したガス化エンジン発電システムの欠点を克服する簡便なエンジン発電システムとして、外燃機関であるスターリングエンジンを利用したバイオマス直焚き発電システムが提案されている。スターリングエンジンは外燃機関であるため、各種燃料への対応性に優れているからである。しかし、作動ガス温度が650℃と高くて排ガス損失が大きいことから、発電効率は5〜10%に過ぎない。また、エンジンのボア径とストロークの点から自ら作動ガスの封入容量に限界があり、灰分の多い木質バイオマス燃料に適した形状の加熱部熱交換器を形成することが困難な状態にある。その結果、十分な作動熱量を確保できずに必要な出力性能が得られないか、又は発電効率の低下が避けられないかの何れかの状況にある。   Further, as a simple engine power generation system that overcomes the disadvantages of the gasification engine power generation system using such an internal combustion engine, a biomass direct-fired power generation system using a Stirling engine that is an external combustion engine has been proposed. This is because the Stirling engine is an external combustion engine and is excellent in compatibility with various fuels. However, since the working gas temperature is as high as 650 ° C. and the exhaust gas loss is large, the power generation efficiency is only 5 to 10%. In addition, the capacity of the working gas is limited by itself due to the bore diameter and stroke of the engine, and it is difficult to form a heating section heat exchanger having a shape suitable for wood biomass fuel with a large amount of ash. As a result, a sufficient output heat amount cannot be ensured and a required output performance cannot be obtained, or a decrease in power generation efficiency cannot be avoided.

ところで、我国のバイオマス資源を利用した熱電供給装置等の分野に於いては、バイオマス利用システムの目標として、「バイオマス処理量20トン/日の設備で発電効率を20%以上に、100トン/日の設備で30%以上に(日本バイオマス戦略)」することが具体的な目標数値として挙げられており、これ等の目標を達成するために、例えば図2に示す如きバイオマスからのガス発生手段20、ガス分配器21、ガスタービン発電装置22及び熱発生手段23等から成るバイオマスを利用した熱電供給装置が開発されている。   By the way, in the field of thermoelectric supply devices that use biomass resources in Japan, the target of the biomass utilization system is as follows: “Equipment generation efficiency is 20% or more with equipment with a biomass throughput of 20 tons / day, 100 tons / day. As a specific target numerical value, it has been mentioned that “to be 30% or more (Japan Biomass Strategy)” with the equipment of this type. In order to achieve these targets, for example, gas generating means 20 from biomass as shown in FIG. A thermoelectric supply device using biomass, which includes a gas distributor 21, a gas turbine power generator 22, a heat generating means 23, and the like, has been developed.

即ち、図2の熱電供給装置においては、先ず製材残材等のバイオマス資源24をガス発生手段20へ供給し、可燃性ガス24を発生させる。次に、発生させた可燃性ガス24をガス分配器21において分流させ、分流せしめた一方の可燃性ガス24aを高温バグフィルタ25を通して燃焼器26へ供給し、空気流a2の存在下でこれを燃焼させると共に、その燃焼ガスKでもってガスタービン22aを回転駆動させる。また、分流せしめた他方の可燃性ガス24bを供給ノズル27を通して熱発生手段23内へ供給し、空気流a3の存在下でこれを燃焼させると共に、その燃焼熱により加熱管23aを介して水Wを加熱し、蒸気Sを発生させる。更に、圧縮機22b及び発電機22cは、ガスタービン22aの駆動力を利用して回転駆動され、これによって空気流aの圧縮と発電等が行われる。
尚、図2において、28は空気予熱器、23bは空気噴射ノズル、Cはバイオマス資源である。
特開2005−213631号 特開2006−000808号 特開2005−155559号
That is, in the thermoelectric supply device of FIG. 2, first, biomass resources 24 such as the remaining lumber are supplied to the gas generating means 20 to generate the combustible gas 24. Next, the generated combustible gas 24 is divided in the gas distributor 21, and one of the divided combustible gases 24 a is supplied to the combustor 26 through the high-temperature bag filter 25, and in the presence of the air flow a 2. And the gas turbine 22a is rotationally driven by the combustion gas K. In addition, the other combustible gas 24b that has been separated is supplied into the heat generating means 23 through the supply nozzle 27 and burned in the presence of the air flow a 3 , and the combustion heat causes water to flow through the heating pipe 23a. W is heated and steam S is generated. Furthermore, the compressor 22b and the generator 22c are rotationally driven by using the driving force of the gas turbine 22a, whereby the air flow a is compressed and generated.
In FIG. 2, 28 is an air preheater, 23b is an air injection nozzle, and C is a biomass resource.
JP-A-2005-213631 JP 2006-000808 JP 2005-155559 A

しかし、図2の熱・電力供給装置においては、ガス発生手段20やガス分配器21、熱発生手段23等を個別に設けているため、装置が必然的に大型となり、設備費の削減が難しいと云う難点がある。   However, in the heat / power supply device of FIG. 2, since the gas generating means 20, the gas distributor 21, the heat generating means 23, etc. are individually provided, the apparatus inevitably becomes large and it is difficult to reduce the equipment cost. There is a difficult point.

また、ガス発生手段20のガス発生効率が総体的に低いため、ガスタービン発電装置22の容量に比較してガス発生手段20の所要容積が大きくなり、設備費が高騰すると共にバイオマスエネルギの利用効率が極めて低いと云う問題がある。   Further, since the gas generation efficiency of the gas generation means 20 is generally low, the required volume of the gas generation means 20 becomes larger than the capacity of the gas turbine power generation device 22, the equipment cost increases, and the use efficiency of biomass energy There is a problem that is extremely low.

更に、ガス発生手段20とガスタービン発電装置22との円滑な連続運転を可能とするためには、高温バグフィルタ25以外に可燃性ガス24a内のタール分を除去するためのガス精製装置やその排水処理設備等が必要となり、設備費及び運転費の削減が図れないと云う問題がある。   Furthermore, in order to enable smooth continuous operation of the gas generating means 20 and the gas turbine power generator 22, in addition to the high-temperature bag filter 25, a gas purifier for removing tar content in the combustible gas 24a and its There is a problem that wastewater treatment facilities and the like are required, and it is impossible to reduce the facility costs and the operation costs.

加えて、図2の如き構成の熱電供給装置は、発電効率やエネルギーの総合利用効率の点から相当大容量の設備でなければ採用が困難であり、バイオマス処理量が1〜10トン/日程度の小規模設備には事実上適用できないと云う問題がある。   In addition, it is difficult to adopt the thermoelectric supply device having the configuration as shown in FIG. 2 unless the equipment has a considerably large capacity in terms of power generation efficiency and overall energy use efficiency, and the biomass processing amount is about 1 to 10 tons / day. There is a problem that it is practically not applicable to small-scale facilities.

本発明は、従前のバイオマス資源を利用した熱電供給装置における上述の如き問題の解決を課題とするものであり、複雑で厄介な前処理装置を必要とせず、構造が単純でしかも多くの運転実績に基づく高い信頼性を備えた従前のバイオマス焚き燃焼装置を用いて、バイオマス処理量が1〜10トン/日程度の小規模設備であり乍ら、発電効率20%以上及び総合エネルギー利用効率75%以上の達成を可能とした熱電供給装置を提供するものである。   The present invention has an object to solve the above-described problems in a conventional thermoelectric supply device using biomass resources, does not require a complicated and troublesome pretreatment device, has a simple structure, and has many operational results. Power generation efficiency of 20% or more and total energy utilization efficiency of 75%, even with a small-scale facility with a biomass throughput of about 1 to 10 tons / day, using a conventional biomass burning combustion device with high reliability based on A thermoelectric supply device capable of achieving the above is provided.

より具体的には、本願発明は、木質バイオマスを燃料とし、日処理量1トン〜10トン又は年間処理量300〜3000トン、発電出力30kW〜300kWの熱電供給装置において、発電効率20%以上及び総合エネルギー利用効率70%以上の高効率な熱電供給を可能とした、木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置とその運転制御方法を提供するものであり、作動流体として、バイオマス直焚き蒸気ボイラで発生させた蒸気とマイクロタービンからの圧縮空気とを混合した流体を用いるハイブリッドサイクルのマイクロタービン装置を原動機とし、これに発電機を直結した構成を具備するものである。   More specifically, the present invention uses woody biomass as a fuel, and in a thermoelectric supply device having a daily processing amount of 1 to 10 tons or an annual processing amount of 300 to 3000 tons and a power generation output of 30 kW to 300 kW, a power generation efficiency of 20% or more and It provides a woody biomass-fired micro gas turbine power generator and its operation control method that enables highly efficient thermoelectric supply with an overall energy utilization efficiency of 70% or more. It is generated as a working fluid in a biomass-fired steam boiler. A hybrid cycle micro-turbine apparatus using a fluid in which the steam mixed with compressed air from the micro-turbine is used as a prime mover, and a generator is directly connected thereto.

上記発明を課題を解決するため、請求項1の発明に於いては、筒型の装置本体の内部に下方から順に本質バイオマス燃料の燃焼装置と高温熱交換器と排熱回収ボイラ装置の熱交換管とを配設して成る木質バイオマス燃焼装置Aと、マイクロガスタービン装置と圧縮機と発電機とを駆動連結軸を介して連結したマイクロガスタービン発電装置Bとから形成され、前記圧縮機からの圧縮空気流を高温熱交換器へ流通させて木質バイオマス燃料の燃焼により生じた燃焼ガスにより加熱すると共に、高温熱交換器からの高温圧縮空気流をマイクロガスタービン装置へ作動用流体として供給し、また、当該マイクロガスタービン装置からの排出空気流を前記装置本体内のバイオマス燃料の燃焼装置へ燃焼用空気として供給し、更に、前記排熱回収ボイラ装置で生じた蒸気を前記圧縮機からの圧縮空気流内へ供給する構成としたことを発明の基本構成とするものである。   In order to solve the above-mentioned problems, in the invention of claim 1, heat exchange of an intrinsic biomass fuel combustion device, a high-temperature heat exchanger, and an exhaust heat recovery boiler device in order from the bottom inside a cylindrical device body. Formed from a wood biomass combustion apparatus A comprising a pipe, a micro gas turbine apparatus, a compressor, and a micro gas turbine power generation apparatus B connected via a drive connecting shaft. The compressed air flow is supplied to the high temperature heat exchanger and heated by the combustion gas generated by the combustion of the woody biomass fuel, and the high temperature compressed air flow from the high temperature heat exchanger is supplied to the micro gas turbine device as the working fluid. Further, the exhaust air flow from the micro gas turbine device is supplied as combustion air to the biomass fuel combustion device in the device main body, and the exhaust heat recovery boiler is further provided. It is an basic configuration of the invention that the vapor generated by the location and the configuration supplied to the compressed air stream from the compressor.

請求項2の発明は請求項1の発明において、高温熱交換器を、上方に位置する低温側熱交換器と下方に位置する高温側熱交換器とを直列状に連結した構成とすると共に、前記排熱回収ボイラ装置で生じた蒸気を低温側熱交換器の入口側と高温側熱交換器の入口側の何れか一方又は両方から圧縮空気流内へ供給する構成としたものである。   The invention of claim 2 is the invention of claim 1, wherein the high temperature heat exchanger has a configuration in which a low temperature side heat exchanger located above and a high temperature side heat exchanger located below are connected in series, The steam generated in the exhaust heat recovery boiler apparatus is supplied into the compressed air flow from one or both of the inlet side of the low temperature side heat exchanger and the inlet side of the high temperature side heat exchanger.

請求項3の発明は請求項1の発明において、高温熱交換器の圧縮空気流の出口側とマイクロガスタービン装置の作動用流体供給口との間に助燃バーナ装置を設け、当該助燃バーナ装置により高温熱交換器からの高温圧縮空気流を加熱する構成としたものである。   According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, an auxiliary combustion burner device is provided between the outlet side of the compressed air flow of the high-temperature heat exchanger and the operating fluid supply port of the micro gas turbine device, and the auxiliary combustion burner device The high-temperature compressed air flow from the high-temperature heat exchanger is heated.

請求項4の発明は請求項1の発明において、木質バイオマス燃料を木質ペレットとすると共に木質バイオマス燃料の燃焼装置を流動層式燃焼装置とし、且つ燃焼排ガス内の固形分をサイクロン装置により分離して前記流動層式燃焼装置内へ戻す構成としたものである。   The invention of claim 4 is the invention of claim 1, wherein the wood biomass fuel is made into wood pellets, the wood biomass fuel combustion device is a fluidized bed combustion device, and the solid content in the combustion exhaust gas is separated by a cyclone device. The fluidized bed combustion apparatus is configured to return to the fluidized bed combustion apparatus.

請求項5の発明は、請求項1の発明において、排熱回収ボイラ装置で発生した蒸気の一部を外部の蒸気負荷へ供給する構成としたものである。   According to a fifth aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a part of the steam generated in the exhaust heat recovery boiler apparatus is supplied to an external steam load.

請求項6の発明は、請求項1の発明において、装置本体を水管壁構造とすると共に、当該水管壁の一部を高温熱交換器及び又は排熱回収ボイラ装置の形成部材とする構成としたものである。   The invention of claim 6 is the structure of the invention of claim 1, wherein the apparatus main body has a water pipe wall structure, and a part of the water pipe wall is a forming member of a high temperature heat exchanger and / or an exhaust heat recovery boiler apparatus. It is what.

請求項7の発明は、請求項1に記載の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置において、マイクロガスタービン装置の出力を木質バイオマス燃料の供給量を調整することにより制御すると共に、発電機から外部へ供給する電気出力を調整することにより、前記マイクロガスタービン装置の回転数を所定値に制御することを発明の基本構成とするものである。   According to a seventh aspect of the present invention, in the woody biomass-fired micro gas turbine power generation device according to the first aspect, the output of the micro gas turbine device is controlled by adjusting the supply amount of the woody biomass fuel, and from the generator to the outside. The basic configuration of the invention is to control the rotational speed of the micro gas turbine device to a predetermined value by adjusting the electric output to be supplied.

請求項8の発明は、請求項1に記載の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置において、マイクロガスタービン装置の出力を木質バイオマス燃料の供給量を調整することにより制御すると共に、排熱回収ボイラ装置からの蒸気又は外部からの水を高温熱交換器の加熱管内へ供給することにより、マイクロガスタービン装置へ供給する高温圧縮空気流の温度を一定値に保持することを発明の基本構成とするものである。   The invention according to claim 8 is the woody biomass fired micro gas turbine power generator according to claim 1, wherein the output of the micro gas turbine device is controlled by adjusting the amount of wood biomass fuel supplied, and the exhaust heat recovery boiler device The basic structure of the invention is to maintain the temperature of the high-temperature compressed air flow supplied to the micro gas turbine device at a constant value by supplying steam from the outside or water from the outside into the heating pipe of the high-temperature heat exchanger It is.

請求項9の発明は、請求項1記載の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置において、マイクロガスタービン装置の出力を木質バイオマス燃料の供給量を調整することにより制御すると共に、高温熱交換器からマイクロガスタービン装置へ供給する高温圧縮空気流(作動用流体)を助燃バーナ装置により加熱することにより、前記マイクロガスタービン装置へ供給する高温圧縮空気流の温度を一定値に保持することを発明の基本構成とするものである。   According to a ninth aspect of the present invention, in the woody biomass-fired micro gas turbine power generator according to the first aspect, the output of the micro gas turbine device is controlled by adjusting the supply amount of the woody biomass fuel. The basis of the invention is to maintain the temperature of the hot compressed air flow supplied to the micro gas turbine device at a constant value by heating the hot compressed air flow (working fluid) supplied to the gas turbine device with an auxiliary burner device. It is to be configured.

本願請求項1の発明においては、木質バイオマス燃焼装置とマイクロガスタービン発電装置とを有機的に連結し、装置本体内の高温熱交換器を再生用熱交換器としてマイクロガスタービン装置の作動用流体を加熱すると共に、排熱回収ボイラ装置で発生した蒸気を作動用流体内へ供給することにより蒸気をマイクロガスタービン装置の駆動力として有効に活用するようにしている。その結果、従前のガス化装置を備えた木質バイオマス資源を活用する熱・電供給装置に比較して、木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置の大幅な小型化と低コスト化が図れると共に、小容量又は小規模の装置であっても、約20%以上の発電効率と約75%以上の高い資源エネルギーの有効利用効率を得ることが可能となり、優れた実用的効用が奏される。   In the invention of claim 1 of the present application, the woody biomass combustion apparatus and the micro gas turbine power generation apparatus are organically connected, and the high temperature heat exchanger in the apparatus main body is used as a regeneration heat exchanger, and the fluid for operating the micro gas turbine apparatus And the steam generated in the exhaust heat recovery boiler device is supplied into the working fluid so that the steam is effectively utilized as the driving force of the micro gas turbine device. As a result, the wood biomass-fired micro gas turbine power generator can be significantly reduced in size and cost compared to the conventional heat / electricity supply equipment that uses wood biomass resources equipped with a gasifier, and has a small capacity. Alternatively, even a small-scale device can achieve a power generation efficiency of about 20% or more and an effective utilization efficiency of high resource energy of about 75% or more, and an excellent practical utility is achieved.

また、本願請求項2〜6の発明においては、作動用流体の供給温度を容易に一定に保ったり、分離した固形分の再燃焼を行ったり、外部の蒸気負荷へ蒸気を供給したり、或いは装置の大幅な小型化を図ったりすることが可能となる。   In the inventions of claims 2 to 6, the supply temperature of the working fluid can be easily maintained constant, the separated solid can be reburned, the steam can be supplied to an external steam load, or It is possible to greatly reduce the size of the apparatus.

更に、本願の請求項7〜9の発明に於いては、木質バイオマス燃料と云う特殊な燃焼特性を有する燃料を使用するにも拘わらず、比較的容易にマイクロガスタービン装置の出力を一定値に保持することができ、安定した木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置の運転制御が可能となる。   Furthermore, in the inventions of claims 7 to 9 of the present application, the output of the micro gas turbine device can be set to a constant value relatively easily despite the use of fuel having special combustion characteristics such as woody biomass fuel. Therefore, it is possible to stably control the operation of the woody biomass-fired micro gas turbine power generator.

本発明は上述の通り、設備の小型化が図れること、建設コストの引下げが図れること、小容量にも拘わらず高い発電効率とエネルギー利用効率が得られること、及び安定した運転が行えること等の優れた実用的効用を奏するものである。   As described above, the present invention can reduce the size of equipment, reduce the construction cost, obtain high power generation efficiency and energy utilization efficiency despite a small capacity, and perform stable operation. It has excellent practical utility.

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図1は、本発明に係る木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置の全体構成図であり、図1に於いて、Aは木質バイオマス燃焼装置、Bはマイクロガスタービン発電装置、Cは木質バイオマス燃料、Fは化石燃料、Eは空気流、E1は圧縮空気流、E2は高温圧縮空気流(作動用混合流体)、E3は排出空気流、Gは燃焼ガス、G0は燃焼排ガス、Wは給水、Sは蒸気、1は燃焼装置本体、2は燃焼装置、3は高温熱交換器、4は排熱回収ボイラ装置、5は燃料貯留槽、6はサイクロン装置、7はフィルタ装置、8は助燃バーナ装置、9は圧縮機、10はガスタービン装置、11は発電機、12は空気導入管、13は駆動連結軸、14は起動用バーナ装置、15は燃焼空気供給管である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a wood biomass-fired micro gas turbine power generator according to the present invention. In FIG. 1, A is a wood biomass combustion device, B is a micro gas turbine power generator, C is a wood biomass fuel, F is fossil fuel, E is air flow, E 1 is compressed air flow, E 2 is hot compressed air flow (working fluid mixture), E 3 is exhaust air flow, G is combustion gas, G 0 is combustion exhaust gas, W Is water supply, S is steam, 1 is a combustion apparatus body, 2 is a combustion apparatus, 3 is a high-temperature heat exchanger, 4 is an exhaust heat recovery boiler apparatus, 5 is a fuel storage tank, 6 is a cyclone apparatus, 7 is a filter apparatus, 8 Is an auxiliary burner device, 9 is a compressor, 10 is a gas turbine device, 11 is a generator, 12 is an air introduction pipe, 13 is a drive connecting shaft, 14 is a start burner device, and 15 is a combustion air supply pipe.

本発明に係る木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置は、木質バイオマス燃焼装置Aとマイクロガスタービン発電装置Bとから形成されており、また、前記木質バイオマス燃焼装置Aは、堅筒形の燃焼装置本体1、本体1の下方に設けた燃焼装置2、燃焼装置2の上方に設けた高温熱交換器3、高温燃焼交換器3の上方に設けた排熱回収ボイラ装置4、木質バイオマス燃料の貯留槽5、サイクロン装置6及び起動用バーナ装置14等から構成されている。   The wood biomass fired micro gas turbine power generator according to the present invention is formed of a wood biomass combustion device A and a micro gas turbine power generator B, and the wood biomass combustion device A is a solid cylinder combustion device body. 1. Combustion device 2 provided below the main body 1, a high-temperature heat exchanger 3 provided above the combustion device 2, an exhaust heat recovery boiler device 4 provided above the high-temperature combustion exchanger 3, a wood biomass fuel storage tank 5, the cyclone device 6 and the starting burner device 14 and the like.

更に、前記マイクロガスタービン発電装置Bは、圧縮機9、ガスタービン装置10、発電機11と、フィルタ装置7、助燃バーナ装置8及び駆動連結軸13等から構成されており、前記木質バイオマス燃焼装置Aを形成する高温熱交換器3が、所謂従前のマイクロガスタービン装置における再生器の機能を果すものである。   Further, the micro gas turbine power generator B is composed of a compressor 9, a gas turbine device 10, a generator 11, a filter device 7, an auxiliary combustion burner device 8, a drive connecting shaft 13, and the like, and the woody biomass combustion device. The high temperature heat exchanger 3 forming A performs the function of a regenerator in a so-called conventional micro gas turbine apparatus.

尚、前記燃焼装置本体1は、鋼板と耐火材等とから、或いは鋼板と耐火材と水管壁等とから堅形の筒状体に形成されており、且つ水管壁そのものは、通常のボイラ等と同様に排熱回収ボイラ装置4の構成部材の一つを形成している。   The combustion apparatus body 1 is formed in a rigid cylindrical body from a steel plate and a refractory material or from a steel plate, a refractory material and a water pipe wall, and the water pipe wall itself is a normal tube body. One of the constituent members of the exhaust heat recovery boiler device 4 is formed in the same manner as the boiler and the like.

また、前記燃焼装置2は、多孔板2aと多孔板2aの上方に配設した起動用バーナ装置14と、必要に応じて多孔板2a上に配設した流動媒体(図示省略)と、燃料供給口5bから供給されたペレット状の木質バイオマス燃料C等とから所謂流動層式の燃焼装置に構成されており、ガスタービン装置10から排出された作動用流体(排出空気流E3)が燃焼空気供給管15を通して空気供給口2bから装置本体1内へ供給されることにより、多孔板2a上へ投入されたペレット状木質バイオマス燃料Cが所謂流動層燃焼をし、高温の燃焼ガスGが発生する。 The combustion device 2 includes a perforated plate 2a, a starter burner device 14 disposed above the perforated plate 2a, a fluid medium (not shown) disposed on the perforated plate 2a as necessary, and a fuel supply. The pelletized woody biomass fuel C and the like supplied from the port 5b constitute a so-called fluidized bed type combustion device, and the working fluid (exhaust air flow E 3 ) discharged from the gas turbine device 10 is the combustion air. By being supplied into the apparatus main body 1 from the air supply port 2b through the supply pipe 15, the pellet-like woody biomass fuel C charged on the perforated plate 2a performs so-called fluidized bed combustion, and high-temperature combustion gas G is generated. .

更に、前記再生器を形成する高温熱交換器3は、下方に位置する高温側熱交換器3bと上方に位置する低温側熱交換器3aとを直列状に連結することにより構成されており、制御弁V1、V2を通して蒸気ドラム4aから適宜量の蒸気Sが低温側及び又は高温側の熱交換器3a、3bへ供給されることにより、ガスタービン装置10へ供給する高温圧縮空気流E2の温度調整及び作動用流体としての動力の増強が行われる。
また、前記高温側熱交換器3bの出口側の空気管路に設けた助燃バーナ装置8は、同様にガスタービン装置10へ供給する高温圧縮空気流(作動用流体)E2の温度調整に利用されるものであり、主として作動用流体E2の昇温に用いられる。
Furthermore, the high temperature heat exchanger 3 forming the regenerator is configured by connecting a high temperature side heat exchanger 3b positioned below and a low temperature side heat exchanger 3a positioned above in series, An appropriate amount of steam S is supplied from the steam drum 4a to the heat exchangers 3a and 3b on the low temperature side and / or the high temperature side through the control valves V 1 and V 2 , so that the high temperature compressed air flow E supplied to the gas turbine device 10 is obtained. 2. Temperature adjustment and power enhancement as working fluid are performed.
Furthermore, burner air burner unit 8 provided in the air line on the outlet side of the hot-side heat exchanger 3b is similarly utilized for temperature control of the gas turbine apparatus hot compressed air flow supplied to the 10 (working fluid) E 2 And is mainly used for raising the temperature of the working fluid E 2 .

前記流動熱交換式排熱ボイラ装置4は熱交換管4cと蒸気ドラム4aと給水タンク4b等から形成されており、燃焼ガスGoの熱により給水Wが加熱されることにより蒸気ドラム4a内で蒸気Sが発生すると共に、発生蒸気Sは前述の通り低温側熱交換器3a及び又は高温側熱交換器3bの入口側へ圧縮空気流E2の温度調整用及び作動用流体としての動力の向上のために供給される。 The fluid heat exchange type exhaust heat boiler device 4 is formed of a heat exchange pipe 4c, a steam drum 4a, a feed water tank 4b, and the like, and the feed water W is heated by the heat of the combustion gas Go, whereby steam is generated in the steam drum 4a. As S is generated, the generated steam S improves the power as a fluid for adjusting the temperature of the compressed air flow E 2 and working fluid to the inlet side of the low temperature side heat exchanger 3a and / or the high temperature side heat exchanger 3b as described above. Supplied for.

また、発生蒸気Sが過剰な場合には、制御弁V3を通して必要な蒸気負荷(図示省略)へ蒸気Sの供給が行われることは勿論である。 Of course, when the generated steam S is excessive, the steam S is supplied to the necessary steam load (not shown) through the control valve V 3 .

前記サイクロン装置6は主として燃焼排ガスGo内の固形物を分離選別するものであり、分離された燃焼残渣等の固形物は固形物戻し管6c及び固形物戻し口6dを通して、装置本体1内の燃焼装置2上へ供給される。   The cyclone device 6 mainly separates and sorts solid matter in the combustion exhaust gas Go, and the solid matter such as the separated combustion residue is burned in the device main body 1 through the solid matter return pipe 6c and the solid matter return port 6d. Supplied on the device 2.

前記木質バイオマス燃料Cとしては、所謂木質ペレットが使用されるが、ペレットのみならず、間伐材や廃木材から成るチップ材であっても良いことは勿論である。本実施形態では比重量0.5kg/l、高位発熱量17.0〜17.5MJ/kg、低位発熱量15.9〜16.0MJ/kg、水分12〜15wt%、固定炭素16〜16.2wt%、揮発分83〜83.4wt%であって、元素成分が炭素43.2wt%、水素5.5wt%、酸素38wt%、残部N、Cl及びS等の木質ペレットが、木質バイオマス燃料Cとして利用されている。   As the woody biomass fuel C, so-called wood pellets are used. Of course, not only pellets but also chip materials made of thinned wood or waste wood may be used. In this embodiment, the specific weight is 0.5 kg / l, the higher heating value is 17.0 to 17.5 MJ / kg, the lower heating value is 15.9 to 16.0 MJ / kg, the moisture is 12 to 15 wt%, and the fixed carbon is 16 to 16. 2 wt%, volatile content 83 to 83.4 wt%, elemental components are carbon 43.2 wt%, hydrogen 5.5 wt%, oxygen 38 wt%, balance N, Cl and S and other wood pellets are wood biomass fuel C It is used as.

次に、本発明の作動について説明する。図1を参照して、マイクロガスタービン発電装置Bの圧縮機9は、フィルター装置7を通して空気流E(約15℃)を吸引し、圧縮空気流E1(約202℃、0.42MPa)を高温熱交換器3へ供給する。
一方、木質バイオマス燃焼装置Aの燃焼装置2では、ガスタービン装置10からの排出空気流(タービン排気ガス)(約582℃)E3が空気供給口2bから装置本体1内へ供給されることにより、燃料貯留槽5、燃料導入管5a、燃料供給口5bを通して本体1内へ供給された木質バイオマス燃料(木質ペレット)Cが流動燃焼され、これにより燃焼ガス(約900℃)Gが生成される。
Next, the operation of the present invention will be described. Referring to FIG. 1, the compressor 9 of the micro gas turbine power generator B sucks an air flow E (about 15 ° C.) through the filter device 7 and generates a compressed air flow E 1 (about 202 ° C., 0.42 MPa). Supply to high temperature heat exchanger 3.
On the other hand, in the combustion apparatus 2 of the woody biomass combustion apparatus A, the exhaust air flow (turbine exhaust gas) (about 582 ° C.) E 3 from the gas turbine apparatus 10 is supplied into the apparatus main body 1 from the air supply port 2b. The wood biomass fuel (wood pellets) C supplied into the main body 1 through the fuel storage tank 5, the fuel introduction pipe 5a, and the fuel supply port 5b is fluidized and burned, whereby combustion gas (about 900 ° C.) G is generated. .

前記高温熱交換器3内の圧縮空気流E1は、上記燃焼ガスGにより加熱され、高温高圧の圧縮空気流(作動用空気流)(約800℃、0.41MPa)E2となり、助燃バーナ装置8を経てマイクロガスタービン装置10へ供給され、これを回転駆動する。 The compressed air stream E 1 in the high-temperature heat exchanger 3 is heated by the combustion gas G to become a high-temperature and high-pressure compressed air stream (operating air stream) (about 800 ° C., 0.41 MPa) E 2 , and an auxiliary combustion burner The gas is supplied to the micro gas turbine device 10 via the device 8, and is rotated.

尚、マイクロガスタービン装置10の発生動力は駆動連結軸13を介して圧縮機9及び発電機11へ伝達され、これにより電力の発生及び供給(約45kw)が行われる。   The power generated by the micro gas turbine device 10 is transmitted to the compressor 9 and the generator 11 via the drive connecting shaft 13, thereby generating and supplying power (about 45 kW).

高温熱交換器3で圧縮空気流E1を加熱(約202℃、0.42MPaから約800℃、0.41MPa)することにより熱を奪われた燃焼ガス(約294℃)Gは、引き続き排熱回収ボイラ装置4の熱交換管4cを介して給水Wを加熱したあと、燃焼排ガス(約125℃)Goとして燃焼排ガス導出口6e及び燃焼排ガス導出管6aを通してサイクロン装置6内へ導出され、固形物の分離が行われる。
尚、固形物を分離したあとの燃焼排ガス(約125℃)Goは大気中へ放散され、また、分離された固形物は固形物戻し管6c及び固形物戻し口6dを経て流動層燃焼装置2内へ戻される。
The combustion gas (about 294 ° C.) G deprived of heat by heating the compressed air stream E 1 in the high temperature heat exchanger 3 (about 202 ° C., 0.42 MPa to about 800 ° C., 0.41 MPa) continues to be discharged. After heating the feed water W through the heat exchange pipe 4c of the heat recovery boiler apparatus 4, it is led into the cyclone apparatus 6 through the combustion exhaust gas outlet 6e and the combustion exhaust gas outlet pipe 6a as combustion exhaust gas (about 125 ° C.) Go, Separation takes place.
The combustion exhaust gas (about 125 ° C.) Go after separating the solid matter is diffused into the atmosphere, and the separated solid matter passes through the solid matter return pipe 6c and the solid matter return port 6d, and the fluidized bed combustion apparatus 2 Returned in.

前記排熱回収ボイラ装置4で発生した蒸気Sの全量または一部は、圧縮空気流E1内に噴射されることにより、マイクロガスタービン装置10の作動用ガスの温度調整用並びに作動用ガスの一部として作用し、動力として回収される。その結果、マイクロガスタービン発電装置Bの発電効率は約21%(発電機端)にまで上昇する。また、余剰の蒸気Sはプロセス側へ供給され、温水または蒸気として利用される。この結果、エネルギーの総合利用効率は70〜75%となる。 All or a part of the steam S generated in the exhaust heat recovery boiler unit 4 is injected into the compressed air flow E 1 to adjust the temperature of the operating gas of the micro gas turbine device 10 and the operating gas. Acts as part and is recovered as power. As a result, the power generation efficiency of the micro gas turbine power generator B increases to about 21% (generator end). Further, surplus steam S is supplied to the process side and used as hot water or steam. As a result, the total energy use efficiency is 70 to 75%.

尚、前記図1の実施形態においては、圧縮機9への供給空気流Eの流量0.48〜0.50kg/s、15℃、圧縮比4、総熱入量225kw、ボイラ給水温度60℃、発電電力45kwを夫々ベースにして、前記ヒートバランス上の各数値が求められている。   In the embodiment of FIG. 1, the flow rate of the supply air flow E to the compressor 9 is 0.48 to 0.50 kg / s, 15 ° C., compression ratio 4, total heat input 225 kw, boiler feed water temperature 60 ° C. Each value on the heat balance is calculated based on the generated power of 45 kW.

また、前記図1の実施形態は、木質バイオマス燃料Cを燃焼させた場合を示すものであるが、本発明に係る木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置は、従前のマイクロガスタービン発電装置と同様の状態下で、即ち木質バイオマス燃焼装置Aを作動させずに運転することも可能なことは勿論である。
この場合には、圧縮機9からの圧縮空気流(約202℃、0.42MPa)E1は高温熱交換器3へ供給され、マイクロガスタービン装置10からの排出空気流(約582℃)E3によって加熱されることにより高温圧縮空気流(約515℃)E2となる。この高温圧縮空気流E2は、その後引き続き助燃バーナ装置8により加熱され、高温高圧の作動用ガス(約800℃、0.41MPa)E2が生成され、これによってマイクロガスタービン発電装置Bが回転駆動されることになる。
Moreover, although the embodiment of the said FIG. 1 shows the case where the woody biomass fuel C is combusted, the woody biomass-fired micro gas turbine power generator according to the present invention is the same as the conventional micro gas turbine power generator. Of course, it is possible to operate under conditions, that is, without operating the woody biomass combustion apparatus A.
In this case, the compressed air flow (about 202 ° C., 0.42 MPa) E 1 from the compressor 9 is supplied to the high temperature heat exchanger 3 and the exhaust air flow (about 582 ° C.) E from the micro gas turbine device 10. Heating by 3 results in a hot compressed air stream (about 515 ° C.) E 2 . This high-temperature compressed air stream E 2 is subsequently heated by the auxiliary burner device 8 to generate a high-temperature and high-pressure working gas (approximately 800 ° C., 0.41 MPa) E 2 , thereby rotating the micro gas turbine power generator B. Will be driven.

更に、マイクロガスタービン装置10からの前記排出空気流(約563℃)E3は、高温熱交換器3で熱回収された後、排気ガス(294℃)Goとして排熱回収ボイラ装置4内へ流入する。その結果、マイクロガスタービン発電装置Bの発電効率は約21%(発電機端)となる。更に、前記約294℃の高温を有する排気ガスGoは、排熱回収ボイラ装置4により熱回収され、温水または蒸気として利用される。この結果、総合エネルギー利用効率は約70〜75%となる。 Further, the exhaust air flow (about 563 ° C.) E 3 from the micro gas turbine device 10 is recovered by the high-temperature heat exchanger 3 and then discharged into the exhaust heat recovery boiler device 4 as exhaust gas (294 ° C.) Go. Inflow. As a result, the power generation efficiency of the micro gas turbine power generator B is about 21% (generator end). Further, the exhaust gas Go having a high temperature of about 294 ° C. is recovered by the exhaust heat recovery boiler unit 4 and used as hot water or steam. As a result, the total energy utilization efficiency is about 70 to 75%.

次に、本発明に係る木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置の運転制御方法について説明する。図1を参照して、マイクロガスタービン装置10の出力調整は燃料投入量を増減することによって行うのが、従前からの基本的な制御システムである。しかし、木質ペレットなどのバイオマス燃料Cの投入量、発熱量及び燃焼速度は常に大きく変動し、一定になることは殆どない。そのため、都市ガスや油などのガスタービン用燃料の場合と異なって、木質バイオマス燃料Cの場合には、熱発生率が一定にならない。即ち、マイクロガスタービン装置10への高温高圧空気流E2の熱入力及び入口温度は時々刻々と変化することになり、当然にマイクロガスタービン装置10の出力も安定しなくなる。   Next, the operation control method of the woody biomass fired micro gas turbine power generator according to the present invention will be described. Referring to FIG. 1, the output control of the micro gas turbine device 10 is performed by increasing or decreasing the fuel input amount in a conventional basic control system. However, the input amount of biomass fuel C, such as wood pellets, the calorific value, and the combustion rate always fluctuate greatly and are hardly constant. Therefore, unlike the case of the gas turbine fuel such as city gas or oil, the heat generation rate is not constant in the case of the woody biomass fuel C. That is, the heat input and the inlet temperature of the high-temperature and high-pressure air flow E2 to the micro gas turbine apparatus 10 change every moment, and naturally the output of the micro gas turbine apparatus 10 also becomes unstable.

そのため、従前のこの種マイクロガスタービン発電装置のように熱入力側の制御のみで出力及び回転数を一定に制御することは至難の技で、現実には不可能に近いことである。
依って、本発明では、燃料投入量の調整によりマイクロガスタービン装置10の出力調整を行うものの、当該出力調整の及ばない範囲においてはガスタービン装置10の回転数は成り行きとする。そして、発電機11を超高速発電機とし、インバーターを介して商用電源出力を得る構成とすると共に、超高速発電機11の出力電圧及び電流、即ち出力電力を調整することによって、マイクロガスタービン装置10の回転数を一定に保つ。
For this reason, it is extremely difficult to control the output and the rotational speed to be constant only by the control on the heat input side as in the conventional micro gas turbine power generator, and it is almost impossible in practice.
Therefore, in the present invention, although the output adjustment of the micro gas turbine apparatus 10 is performed by adjusting the fuel input amount, the rotational speed of the gas turbine apparatus 10 is assumed to be within a range that does not reach the output adjustment. Then, the generator 11 is a super high speed generator, and a commercial power supply output is obtained via an inverter, and the output voltage and current of the ultra high speed generator 11, that is, the output power is adjusted, thereby providing a micro gas turbine device. The number of rotations of 10 is kept constant.

また、マイクロタービン装置10の入口のガス量及びガス温度は、前述の通り時々刻々変化するため、助燃バーナ装置8の運転により作動用空気流E2の加熱を行い、高温・高圧空気流E2のタービン入口温度が一定になるように調整をする。 Further, since the gas amount and the gas temperature at the inlet of the micro turbine device 10 change every moment as described above, the operating air flow E 2 is heated by the operation of the auxiliary burner device 8, and the high temperature / high pressure air flow E 2. The turbine inlet temperature is adjusted to be constant.

更に、高温・高圧空気流E2のタービン入口温度を一定に保持するため、高温熱交換器3を低温側熱交換器3aと高温側熱交換器3bとから形成すると共に、その何れか一方又は両方へ蒸気又は水を供給することにより、高温高圧空気流E2のタービン入口温度が一定となるように調整する。 Further, in order to keep the turbine inlet temperature of the high temperature / high pressure air flow E 2 constant, the high temperature heat exchanger 3 is formed of the low temperature side heat exchanger 3a and the high temperature side heat exchanger 3b, By supplying steam or water to both, the turbine inlet temperature of the high-temperature high-pressure air stream E2 is adjusted to be constant.

前記図1に示した実施形態に於いては、木質バイオマス燃料Cとして木質ペレット燃料を使用しているが、木質バイオマス燃料Cは木質ペレット燃料のみに限定されるものではなく、木くず、バーク、バガス、籾殻などのバイオマス燃料を含むものである。また、木質以外の廃油、廃プラスチック、RDF、汚泥、都市ごみ等の廃棄物燃料やバイオガス、メタンガス、フレアガス、乾留ガスなどの可燃性低カロリーガス燃料、石油、石炭、LPG、都市ガス等の化石燃料であっても、燃料として使用できることは勿論である。   In the embodiment shown in FIG. 1, wood pellet fuel is used as the wood biomass fuel C. However, the wood biomass fuel C is not limited to wood pellet fuel alone, but wood scrap, bark, bagasse. Including biomass fuel such as rice husk. In addition, non-wood waste oil, waste plastic, RDF, sludge, municipal waste and other waste fuel, biogas, methane gas, flare gas, dry distillation gas and other combustible low calorie gas fuel, oil, coal, LPG, city gas, etc. Of course, even fossil fuels can be used as fuel.

また、前記図1に示した実施形態に於いては、木質バイオマス燃焼装置Aを流動層燃焼装置2を備えた構成のものとしているが、燃焼装置2としては、前記各種の燃料に対して最適な燃焼装置が使用されることは勿論である。例えば、木質ペレットなどバイオマス燃料には、供給される燃料の形状により火格子、流動層、循環流動層、気流などの燃焼装置が、また、廃棄物燃料には、供給される燃料の形状によりバーナー噴霧、火格子、流動層やガス化燃焼などの燃焼装置が、更に、低カロリーガスには、保炎性の高い低カロリー燃焼装置が、化石燃料にはそれぞれの化石燃料に適した燃焼装置が選択されることになる。   Further, in the embodiment shown in FIG. 1, the woody biomass combustion apparatus A is provided with the fluidized bed combustion apparatus 2, but the combustion apparatus 2 is optimal for the various fuels. Of course, a simple combustion apparatus is used. For example, for biomass fuel such as wood pellets, a combustion device such as a grate, fluidized bed, circulating fluidized bed, or air flow is used depending on the shape of the supplied fuel. For waste fuel, a burner is used depending on the shape of the supplied fuel. Combustion devices such as spray, grate, fluidized bed and gasification combustion, low calorie gas, high flame holding low calorie combustion device, fossil fuel suitable combustion device suitable for each fossil fuel Will be selected.

更に、前記図1に示した実施形態に於いては、高温空気加熱器3を、燃焼ガスGの流れが所謂1パスとなるような構成のものにしているが、バイオマス燃料Cの種類や燃焼装置2の構造に応じて、燃焼ガスGの流れが2パス或いは3パスとなるものであっても良い。   Further, in the embodiment shown in FIG. 1, the high-temperature air heater 3 is configured to have a so-called one-pass flow of the combustion gas G. Depending on the structure of the apparatus 2, the flow of the combustion gas G may be two passes or three passes.

同様に、高温熱交換器3を水管壁で構成し、当該高温熱交換器3を構成する各機器全体を水管ボイラ内に内蔵した構成の高温熱交換器3とすることも可能である。   Similarly, the high-temperature heat exchanger 3 can be constituted by a water pipe wall, and the entire equipment constituting the high-temperature heat exchanger 3 can be configured as a high-temperature heat exchanger 3 built in a water pipe boiler.

加えて、図1の実施形態では、排熱回収ボイラ装置4を流動熱交換式排熱回収ボイラとしているが、当該排熱回収ボイラ装置は如何なる型式もののであってもよい。   In addition, in the embodiment of FIG. 1, the exhaust heat recovery boiler device 4 is a fluid heat exchange type exhaust heat recovery boiler, but the exhaust heat recovery boiler device may be of any type.

本発明に係る木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置は、一般的な熱電供給装置としての利用以外に、廃棄物処理用としても利用可能なものである。   The woody biomass-fired micro gas turbine power generator according to the present invention can be used not only as a general thermoelectric supply device but also for waste treatment.

本発明の一実施形態に係る木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置の全体構成図である。1 is an overall configuration diagram of a woody biomass-fired micro gas turbine power generator according to an embodiment of the present invention. 従前のガス発生装置を用いた熱・電供給装置の全体構成図である。It is a whole lineblock diagram of a heat and electricity supply device using a conventional gas generator.

符号の説明Explanation of symbols

Aは木質バイオマス燃焼装置
Bはマイクロガスタービン発電装置
Cは木質バイオマス燃料
1は燃焼装置本体
2は燃焼装置
2aは多孔板
2bは空気供給口
3は高温熱交換器
3aは低温側熱交換器
3bは高温側熱交換器
4は流動熱交換式排熱回収ボイラ装置
4aは蒸気ドラム
4bは給水タンク
4cは熱交換管
5は燃料貯留槽
5aは燃料導入管
5bは燃料供給口
6はサイクロン装置
6aは燃焼排ガス導出管
6bは燃焼排ガス排出管
6cは固形物戻し管
6dは固形物戻し口
6eは燃焼排ガス導出口
7はフィルタ装置
8は助燃バーナ装置
9は圧縮機
10はマイクロガスタービン装置
11は発電機
12は空気導入管
13は駆動連結軸
14は起動用バーナ装置
15は燃焼空気供給管
A is a wood biomass combustion device B is a micro gas turbine power generation device C is wood biomass fuel 1 is a combustion device body 2 is a combustion device 2a is a perforated plate 2b is an air supply port 3 is a high temperature heat exchanger 3a is a low temperature side heat exchanger 3b The high temperature side heat exchanger 4 is a fluid heat exchange type exhaust heat recovery boiler unit 4a, a steam drum 4b, a water supply tank 4c, a heat exchange pipe 5, a fuel storage tank 5a, a fuel introduction pipe 5b, a fuel supply port 6 and a cyclone apparatus 6a. The flue gas exhaust pipe 6b is the flue gas exhaust pipe 6c is the solid matter return pipe 6d is the solid matter return port 6e is the flue gas exhaust port 7, the filter device 8 is the auxiliary burner device 9, the compressor 10 is the micro gas turbine device 11 The generator 12 includes an air introduction pipe 13, a drive connecting shaft 14, a starting burner device 15, and a combustion air supply pipe.

Claims (9)

筒型の装置本体の内部に下方から順に本質バイオマス燃料の燃焼装置と高温熱交換器と排熱回収ボイラ装置の熱交換管とを配設して成る木質バイオマス燃焼装置Aと、マイクロガスタービン装置と圧縮機と発電機とを駆動連結軸を介して連結したマイクロガスタービン発電装置Bとから形成され、前記圧縮機からの圧縮空気流を高温熱交換器へ流通させて木質バイオマス燃料の燃焼により生じた燃焼ガスにより加熱すると共に、高温熱交換器からの高温圧縮空気流をマイクロガスタービン装置へ作動用流体として供給し、また、当該マイクロガスタービン装置からの排出空気流を前記装置本体内のバイオマス燃料の燃焼装置へ燃焼用空気として供給し、更に、前記排熱回収ボイラ装置で生じた蒸気を前記圧縮機からの圧縮空気流内へ供給する構成としたことを特徴とする木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置。   A woody biomass combustion apparatus A in which an essential biomass fuel combustion apparatus, a high-temperature heat exchanger, and a heat exchange pipe of an exhaust heat recovery boiler apparatus are arranged in this order from the bottom inside a cylindrical apparatus body, and a micro gas turbine apparatus And a micro gas turbine power generation device B in which a compressor and a generator are connected via a drive connecting shaft, and a compressed air flow from the compressor is circulated to a high-temperature heat exchanger to burn wood biomass fuel. While being heated by the generated combustion gas, the high-temperature compressed air flow from the high-temperature heat exchanger is supplied to the micro gas turbine device as the working fluid, and the exhaust air flow from the micro gas turbine device is supplied to the inside of the device main body. Supply to the biomass fuel combustion device as combustion air, and further supply the steam generated in the exhaust heat recovery boiler device into the compressed air flow from the compressor A and woody biomass-fired micro gas turbine power generation apparatus characterized by a. 高温熱交換器を、上方に位置する低温側熱交換器と下方に位置する高温側熱交換器とを直列状に連結した構成とすると共に、前記排熱回収ボイラ装置で生じた蒸気を低温側熱交換器の入口側と高温側熱交換器の入口側の何れか一方又は両方から圧縮空気流内へ供給する構成とした請求項1に記載の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置。   The high temperature heat exchanger has a configuration in which a low temperature side heat exchanger located above and a high temperature side heat exchanger located below are connected in series, and the steam generated in the exhaust heat recovery boiler apparatus is The woody biomass-fired micro gas turbine power generator according to claim 1, wherein the compressed air flow is supplied from one or both of the inlet side of the heat exchanger and the inlet side of the high temperature side heat exchanger. 高温熱交換器の圧縮空気流の出口側とマイクロガスタービン装置の作動用流体供給口との間に助燃バーナ装置を設け、当該助燃バーナ装置により高温熱交換器からの高温圧縮空気流を加熱する構成とした請求項1に記載の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置。   An auxiliary burner device is provided between the outlet side of the compressed air flow of the high temperature heat exchanger and the working fluid supply port of the micro gas turbine device, and the hot compressed air flow from the high temperature heat exchanger is heated by the auxiliary burner device. The woody biomass-fired micro gas turbine power generator according to claim 1, which is configured. 木質バイオマス燃料を木質ペレットとすると共に木質バイオマス燃料の燃焼装置を流動層式燃焼装置とし、且つ、燃焼排ガス内の固形分をサイクロン装置により分離して前記流動層式燃焼装置内へ戻す構成としたことを特徴とする請求項1に記載の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置。   The wood biomass fuel is made into wood pellets, the wood biomass fuel combustion device is a fluidized bed combustion device, and the solid content in the combustion exhaust gas is separated by a cyclone device and returned to the fluidized bed combustion device. The woody biomass-fired micro gas turbine power generator according to claim 1. 排熱回収ボイラ装置で発生した蒸気の一部を外部の蒸気負荷へ供給する構成とした請求項1に記載の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置。   The woody biomass fired micro gas turbine power generator according to claim 1, wherein a part of the steam generated in the exhaust heat recovery boiler apparatus is supplied to an external steam load. 装置本体を水管壁構造とすると共に、当該水管壁の一部を高温熱交換器及び又は排熱回収ボイラ装置の形成部材とする構成とした請求項1に記載の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置。   The woody biomass fired micro gas turbine according to claim 1, wherein the apparatus main body has a water pipe wall structure, and a part of the water pipe wall is used as a forming member of a high temperature heat exchanger and / or an exhaust heat recovery boiler apparatus. Power generation device. 請求項1に記載の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置において、マイクロガスタービン装置の出力を木質バイオマス燃料の供給量を調整することにより制御すると共に、発電機から外部へ供給する電気出力を調整することにより、前記マイクロガスタービン装置の回転数を所定値に制御する構成としたことを特徴とする木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置の運転制御方法。   The wood biomass-fired micro gas turbine power generator according to claim 1, wherein the output of the micro gas turbine device is controlled by adjusting the amount of wood biomass fuel supplied, and the electrical output supplied from the generator to the outside is adjusted. Thus, the operation control method of the woody biomass fired micro gas turbine power generator is configured to control the rotational speed of the micro gas turbine apparatus to a predetermined value. 請求項1に記載の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置において、マイクロガスタービン装置の出力を木質バイオマス燃料の供給量を調整することにより制御すると共に、排熱回収ボイラ装置で生じた蒸気又は外部からの水を高温熱交換器の加熱管内へ供給することにより、マイクロガスタービン装置へ供給する高温圧縮空気流の温度を一定値に保持する構成としたことを特徴とする木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置の運転制御方法。   The wood biomass-fired micro gas turbine power generator according to claim 1, wherein the output of the micro gas turbine device is controlled by adjusting the supply amount of the wood biomass fuel, and the steam generated in the exhaust heat recovery boiler device or from the outside Wood biomass-fired micro gas turbine power generation characterized in that the temperature of the high-temperature compressed air flow supplied to the micro gas turbine device is maintained at a constant value by supplying the water in the heating pipe of the high temperature heat exchanger Device operation control method. 請求項1記載の木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置において、マイクロガスタービン装置の出力を木質バイオマス燃料の供給量を調整することにより制御すると共に、高温熱交換器からマイクロガスタービン装置へ供給する高温圧縮空気流(作動用流体)を助燃バーナ装置により加熱することにより、前記マイクロガスタービン装置へ供給する高温圧縮空気流の温度を一定値に保持する構成としたことを特徴とする木質バイオマス焚きマイクロガスタービン発電装置の運転制御方法。   2. The wood biomass fired micro gas turbine power generator according to claim 1, wherein the output of the micro gas turbine device is controlled by adjusting the amount of wood biomass fuel supplied, and the high temperature supplied from the high temperature heat exchanger to the micro gas turbine device. A wood biomass-fired micro, characterized in that the compressed air flow (working fluid) is heated by an auxiliary combustion burner device so that the temperature of the high-temperature compressed air flow supplied to the micro gas turbine device is maintained at a constant value. Operation control method of gas turbine power generator.
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